DE1783164A1 - Verfahren zur verbesserung der elektrischen leitfaehigkeit und festigkeit von guss- und schmiedstuecken aus kupferlegierungen - Google Patents

Description

"Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und Festigkeit von Guß- und Schmiedstücken aus Kupferlegierungen"

Priorität: 26. Juni 1967, V.St.A.
Anmelde-Nr.: 648 742

Die Festigkeit von Kupfer läßt sich zwar durch die Zulegierung •kleiner Mengen verschiedener Elemente wirksam erhöhen, doch wird dadurch die elektrische Leitfähigkeit gleichzeitig oft beachtlich herabgesetzt. Die Erzielung einer optimalen Kombination von hoher Festigkeit und hoher Leitfähigkeit ist daher seit langem Gegenstand von umfassenden Untersuchungen gewesen.

So sind aus der USA-Patentschrift 3 O39 867 Kupferlegierungen
mit hoher elektrischer IACS-Leitfähigkeit (International Standard for Annealed Copper) und Zugfestigkeit bekannt. Diese Legierungen enthalten 2,0 bis 3,0 % Eisen, höchstens O,O4 % Phosphor, Rest Kupfer, Legierungen der bevorzugten Zusammensetzung können eine

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IACS-Leitfähigkeit von etwa 70% und gleichzeitig eine Zug-

festigkeit von 35,15 kg_ynm aufweisen.Diese Legierungen werden vorzugsweise zu Knüppeln üblicher Größe gegossen und auf übliche Stärken heruntergewalzt. Durch Warmverformung bei z.B. 900 C läßt sich das Eisen im Kupfer lösen,und anschließend wird lösungsgeglüht, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Kaltverformungsstufe. Durch ein Glühen bei niederen Temperaturen im Bereich von 480 bis 600 C und Haltezeiten von 8 bis 48 Stunden wird die Ausscheidung des gelösten Eisens bewirkt. Se¹-·! i'aßlich wird die Legierung zur Endstärke kalt gewalzt oder kalt gezogen. Die zur Erzielung günstiger Werte für elektrische Leitfähigkeit und Festigkeit benötigte Verarbeitungszeit ist jedoch relativ lang und beträgt im allgemeinen 24 Stunden und langer.

Obwohl diese bekannte Arbeitsweise von der Technik der stufenweisen Ausscheidung des gelösten Eisens aus Cu-Fe-Legierungen Gebrauch macht, sind die dabei tatsächlich ablaufenden Vorgänge infolge von gleichzeitig oder nachfolgend stattfindenden Phasenumwandlungen nicht leicht zu übersehen bzw. die daraus resultierende Wirkung auf die Leitfähigkeit und Festigkeit nicht ohne weiteres vorauszusagen. Gerade systematische wissenschaftliche Untersuchungen dieses Legierungssystems, z.B. von A. Boltax, bestätigen, daß in Abhängigkeit von den speziellen Abkühlungsbedin gungen ganz unterschiedliche Ergebnisse in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit erhalten werden.

Dieser Sachverhalt wird bestätigt durch die Angaben in der US-PS 2 155 406, welche sich auf Kupferlegierungen bezieht, wel-

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ehe außer Fe und P noch Su und/oder Zn enthalten. Durch eine kombinierte Warm- und Kaltverformung werden nur IACS-Werte von etwa 42 bis 47 % erhalten.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich durch eine glückliche Auswahl von Wärmebehandlungen bei Guß- und Schniiedstücken optimale Kombinationen von elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Festigkeit erzielen lassen bzw. daß bei gleich guten A Wertekombinationen im Vergleich zum Stand der; Technik die Veraxbeitungszeiten wesentlich herabgesetzt werden können. Hieraus ergibt sich für die Durchführung im großtechnischen Maßstab ein beachtlicher technischer Fortschritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und Festigkeit von Guß- und Schmiedstücken aus Kupferlegierüngen, die 1 bis 3,5 % Eisen, Rest-Kupfer und übliche Verunreinigungen enthalten ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Guß- bzw. Schmiedstücke \ ■

a) mindestens IO Minuten bei einer Temperatur von 800 bis 1050^C glüht, und ■ ■ . . '

b) hierauf mindestens 30 Minuten bei einer Temperatur von 400 bis 55O°C glüht.

Die Art des Gusses der betreffenden Kupferlegierung- ist nicht besonders kritisch; es können herkömmliche Gießmethoden angewendet werden, jedoch sind höhere Temperaturen bevorzugt, um· das Eisen in Lösung zu bringen. Vorzugsweise wird die Legierung zu

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Knüppeln üblicher Größe gegossen.

Gemäß der Erfindung kann jede Kupferlegierung verarbeitet werden, die 1 bis 3,5 % Eiseix, vorzugsweise 1,5 bis 2,9 % Eisen, * und vorzugsweise bestimmte weitere Zusätze enthält, z.B. ein oder mehrere der folgenden Elemente: 0,01 bis 0,5 % Silicium, 0,01 bis 0,5 % Phosphor und 0,01 bis 0,5 % Zink. Außerdem können geringe Mengen von einem oder mehreren v/eiteren Zusätzen verwendet werden, z.B. 0,01 bis 0,5 % Mangang Zinn, Aluminium, Nickel, Calcium, Titan, Chrom, Wolfram und Vanadium. Geringe Mengen an üblichen Verunreinigungen können geduldet werden»

Diese Behandlung im Bereich von 800 bis 1O5O°C ist erforderlich, um eine optimale elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Die Behandlung in dieser Glühstufe erfolgt vorzugsweise bei 875 bis 975°C. . .

Anschließend wird die Legierung auf eine Haltetemperatur zwischen 400 und 55O°C abgekühlt und bei dieser Temperatur min-r destens 3O Minuten geglüht. Die Abkühlungsmethode auf die Halte temperatur-ist nicht kritisch, aber nach der Haltezeit wird die Legierung vorzugsweise langsam abgekühlt.

vorzugsweise Die Glühdauer beträgt aus wirtschaftlichen Gründen/höchstens 8 Stunden. Je langer die Glühzeit ist, umso höhere Werte erhält man für die elektrische Leitfähigkeit. Jedoch ist die Verbesserung der Leitfähigkeit bei sehr langen Haltezeiten nur gering.

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Vorzugsweise beträgt daher die Glühzeit etwa 3 Stunden. Ein Dauerglühen von 24 bis 48 Stunden bewirkt nur eine geringe, wenn auch meßbare Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber einem Glühen von 6 bis 8 Stunden.

Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

a) Eine Legierung wird auf folgende Weise hergestellt: Sehr reines Kupfer und sehr reines Eisen werden miteinander in einem Niederfrequenz-Induktionsofen unter einer Holzkohlensenicht bei etwa 1200°C verschmolzen. Etwa 10 % der Kupferbeschickung werden zurückgehalten, und die Schmelze wird auf · etwa 1300 C geringfügig überhitzt, mti das Eisen in Lösung zu bringen. Sehr reine Legierungszusätze werden zugegeben, sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300°C aufweist. Danach wird der Rest des Kupfers zugeschlagen und die Schmelze auf die Gießtemperatur ■ von etwa 1.200⁰C gebracht. Hierauf wird die Schmelze in eine wassergekühlte Kokille mit den Abmessungen 73 χ 12,7 χ 244 cm in einer Gieß eschwindigkeit von 54,1 cm/Min, gegossen. Die auf diese Weise erhaltene Legierung hat folgende Zusammensetzung:

Fe J? Zn Cu

_ 2,3 % _ ,_s ■■'...'■:- -0,027.% 0,08 % Rest

Legierung -wird'dann auf eine Temperatur zwischen 850 und-975^C erhitzt -und: 3Q Minuten ^au^ dieser Temperatur gehalten

3 Q 9 8 3 0 / 0 G 5 7 ^BA° ^Οκύ!Η*Ί

Danach wird das Gußstück in einen zweiten Ofen gegeben und drei Stunden auf einer Temperatur zwischen 400 und 550 C gehalten, anschließend wird mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt* Die Legierung hat dann die folgenden Eigenschaften: .

Zugfestigkeit, Streckgrenze, IACS-Leitfähigkeit, Dehnung, ".kg/mm ■ kg/mm^ % %

32,90 12,30 63,6 32,0

π f..;■·..-ι

3.0 9,8 3 07 OB B 7 ^8AD

Claims (3)

Pat en t a η s ρ r ü c h e '

1. Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und Festigkeit von Guß— und Schmiedstücken aus Kupferlegierungen, die 1 bis 3,5 % Eisen, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen enthalten, dadurch gekennzeichnet , daß man die Guß- bzw. Schmiedstücke

a) mindestens 10 Minuten bei einer Temperatur von 800 bis 1050⁰C _Λ glüht und · * "

b) hierauf mindestens 30 Minuten bei einer Temperatur von 400 bis 55O°C glüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen in Stufe (a) bei einer Temperatur von 875 bis 975°C durchgeführt wird. '

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß man in Stufe (b) etwa 3 Stunden glüht. "

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